Vizualizace časování obvodů

Verze balíčků

Kód na této stránce byl vyvinut s použitím následujících požadavků. Doporučujeme používat tyto nebo novější verze.

qiskit[all]~=2.4.0
qiskit-ibm-runtime~=0.46.1

Zatímco nástroj pro kreslení časové osy zabudovaný v Qiskit je užitečný pro statické obvody, nemusí přesně odrážet časování dynamických obvodů kvůli implicitním operacím, jako je vysílání a určení větví. Jako součást podpory dynamických obvodů vrací Qiskit Runtime přesné informace o časování obvodu uvnitř výsledků úlohy, pokud je to vyžádáno.

Poznámky

• Toto je experimentální funkce. Je ve stavu preview release a podléhá tedy změnám.
• Tato funkce se vztahuje pouze na úlohy Qiskit Runtime Sampler.
• Ačkoli je celkový čas obvodu vrácen v metadatech „compilation", NENÍ to čas používaný pro fakturaci (čas QPU).

Povolení načítání dat o časování

Chceš-li povolit načítání dat o časování, nastav experimentální příznak scheduler_timing na True při spouštění primitivní úlohy.

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q qiskit qiskit-ibm-runtime

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService, SamplerV2
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)

qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
qc.measure_all()

pm = generate_preset_pass_manager(backend=backend, optimization_level=1)
isa_circuit = pm.run(qc)

sampler = SamplerV2(backend)
sampler.options.experimental = {
    "execution": {
        "scheduler_timing": True,
    },
}

sampler_job = sampler.run([isa_circuit])
result = sampler_job.result()

Přístup k datům časování obvodu

Pokud je to vyžádáno, jsou data časování obvodu pro každý PUB vrácena v metadatech výsledku úlohy pod ["compilation"]["scheduler_timing"]["timing"]. Toto pole obsahuje nezpracované informace o časování. Chceš-li zobrazit informace o časování, použij vestavěný nástroj pro vizualizaci, jak je popsáno v části Vizualizace časování.

Pomocí následujícího kódu přistupuješ k datům časování obvodu pro první PUB:

job_result = sampler_job.result()
circuit_schedule = job_result[0].metadata["compilation"]["scheduler_timing"]
circuit_schedule_timing = circuit_schedule["timing"]

Pochopení nezpracovaných dat časování

Zatímco vizualizace dat časování obvodu pomocí metody draw_circuit_schedule_timing je nejběžnějším případem použití, může být užitečné pochopit strukturu vrácených nezpracovaných dat časování. To by ti mohlo pomoci například extrahovat informace programově.

Data časování vrácená v ["compilation"]["scheduler_timing"]["timing"] jsou seznam řetězců. Každý řetězec představuje jednu instrukci na nějakém kanálu a je oddělen čárkami na následující datové typy:

• Branch - Určuje, zda je instrukce v řídicím toku (then / else) nebo hlavní větvi.
• Instruction - Gate a qubit, na kterém se operuje.
• Channel - Kanál, který je přiřazen s instrukcí. Může být jeden z následujících:
  • qubit x - Řídicí kanál pro qubit x.
  • AWGRx_y (čtení z libovolného generátoru průběhů) - Používán čtecími kanály ke komunikaci při měření Qubitů. Argumenty x a y odpovídají ID čtecího přístroje a číslu Qubitu.
• T0 - Čas začátku instrukce v rámci celého harmonogramu
• Duration - Doba trvání instrukce v jednotkách dt sekund, kde 1 dt = 1 plánovací cyklus. Hodnotu dt backendu najdeš pomocí backend.dt.
• Pulse - Typ pulzní operace, která se používá.

Příklad:

main,barrier,Qubit 0,7,0,barrier # A barrier on the main branch on qubit 0 at time 7 with 0 duration
main,reset_0,Qubit 0,7,64,play # A reset instruction on the main branch on qubit 0 at time 7 with duration 64 and a play operation
...

Vizualizace časování

S qiskit-ibm-runtime v0.43.0 nebo novějším můžeš vizualizovat časování obvodů. Chceš-li vizualizovat časování, musíš nejprve převést metadata výsledku na fig pomocí metody draw_circuit_schedule_timing. Tato metoda vrací figuru plotly, kterou můžeš zobrazit přímo, uložit do souboru nebo obojí. Více informací o příkazech plotly, které se mají použít, najdeš v fig.show() a fig.write_image("<path.format>").

from qiskit_ibm_runtime.visualization import draw_circuit_schedule_timing

# Create a figure from the metadata
fig = draw_circuit_schedule_timing(
    circuit_schedule=circuit_schedule_timing,
    included_channels=None,
    filter_readout_channels=False,
    filter_barriers=False,
    width=1000,
)

# Uncomment the following line to display the figure
# fig.show(renderer="notebook")

# Save to a file
# fig.write_html("scheduler_timing.html")

Pochopení vygenerované figury

Obrázek výstupu dat časování obvodu z draw_circuit_schedule_timing přenáší následující informace:

• Osa X je čas v jednotkách dt sekund, kde 1 dt = 1 plánovací cyklus. Hodnotu dt backendu najdeš pomocí backend.dt.
• Osa Y je kanál (představ si kanály jako nástroje, které vysílají pulzy).
  • Receive channel - Jediný kanál, který není sám o sobě nástrojem. Je to instrukce přehrávaná na všech kanálech, které jsou v danou dobu součástí komunikačního postupu s hubem.
  • qubit x - Řídicí kanál pro qubit x.
  • AWGRx_y (čtení z libovolného generátoru průběhů) - Používán čtecími kanály ke komunikaci při měření Qubitů. Argumenty x a y odpovídají ID čtecího přístroje a číslu Qubitu.
  • Hub - Řídí vysílání.

Každá instrukce má navíc formát X_Y, kde X je název instrukce a Y je typ pulzu. Typ play aplikuje řídicí pulzy a capture zaznamenává stav Qubitu. Můžeš také najet myší na každou instrukci a získat více podrobností. Předchozí obrázek například ukazuje řídicí pulz pro Gate X aplikovaný na qubit 10 v čase 1161 dt.

Komplexní příklad

Tento příklad ukazuje, jak povolit tuto možnost, získat informace o časování obvodu z metadat a zobrazit je jako obrázek.

Nejprve nastav prostředí, definuj obvody a převeď je na obvody ISA a definuj a spusť úlohy.

from qiskit_ibm_runtime import SamplerV2, QiskitRuntimeService
from qiskit.circuit import QuantumCircuit, QuantumRegister, ClassicalRegister
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)

# Create a dynamic circuit

qubits = QuantumRegister(1)
clbits = ClassicalRegister(1)
qc = QuantumCircuit(qubits, clbits)
(q0,) = qubits
(c0,) = clbits

qc.h(q0)
qc.measure(q0, c0)
with qc.if_test((c0, 1)):
    qc.x(q0)
qc.measure(q0, c0)

# Convert to an ISA circuit for the given backend

pm = generate_preset_pass_manager(backend=backend, optimization_level=1)
isa_circuit = pm.run(qc)

# Generate samplers for backend targets
sampler = SamplerV2(backend)
sampler.options.experimental = {"execution": {"scheduler_timing": True}}

# Submit jobs
sampler_job = sampler.run([isa_circuit])
result = sampler_job.result()

print(
    f">>> {' Job ID:':<10}  {sampler_job.job_id()} ({sampler_job.status()})"
)

>>>  Job ID:    d8287kugbeec73alfbug (DONE)

Dále získej časování harmonogramu obvodu:

# Get the circuit schedule timing
result[0].metadata["compilation"]["scheduler_timing"]["timing"]

'main,rz_0,Qubit 0,1365,0,shift_phase\nmain,sx_0,Qubit 0,1365,9,play\nmain,sx_0,Qubit 0,1369,0,shift_phase\nmain,rz_0,Qubit 0,1374,0,shift_phase\nmain,barrier,Qubit 0,1374,0,barrier\nmain,measure_0,Qubit 0,1374,64,play\nmain,measure_0,Qubit 0,1438,108,play\nmain,measure_0,AWGR0_0,1485,360,capture\nmain,measure_0,Qubit 0,1546,64,play\nmain,measure_0,Qubit 0,1610,64,play\nmain,barrier,Qubit 0,2046,0,barrier\nmain,broadcast,Hub,1485,561,broadcast\nmain,receive,Receive,2046,7,receive\nthen,x_0,Qubit 0,2061,9,play\nmain,barrier,Qubit 0,2079,0,barrier\nmain,measure_0,Qubit 0,2079,64,play\nmain,measure_0,Qubit 0,2143,108,play\nmain,measure_0,AWGR0_0,2190,360,capture\nmain,measure_0,Qubit 0,2251,64,play\nmain,measure_0,Qubit 0,2315,64,play\nmain,barrier,Qubit 0,2725,0,barrier\nmain,barrier,Qubit 0,2725,0,barrier\n'

Nakonec můžeš vizualizovat a uložit časování:

from qiskit_ibm_runtime.visualization import draw_circuit_schedule_timing

circuit_schedule = result[0].metadata["compilation"]["scheduler_timing"][
    "timing"
]
fig = draw_circuit_schedule_timing(
    circuit_schedule=circuit_schedule,
    included_channels=None,
    filter_readout_channels=False,
    filter_barriers=False,
    width=1000,
)

# Uncomment the following line to display the figure
# fig.show(renderer="notebook")

# Save to a file
# fig.write_html("scheduler_timing.html")

Další kroky

Doporučení

• Klasická zpětná vazba a řízení toku (dynamické obvody)
• Vizualizace obvodů